Барьерная плёнка — это упаковочный материал, ограничивающий проникновение кислорода, водяного пара, углекислого газа, запахов или света. Она помогает замедлить окисление продукта, потерю влаги и аромата, изменение цвета и другие процессы, влияющие на качество во время хранения.
Чаще всего барьерная плёнка имеет многослойную структуру, в которой каждый полимер выполняет отдельную функцию. Но многослойность сама по себе ещё не означает высокий барьер. Чтобы понять свойства материала, необходимо знать его структуру, показатели газо- и влагопроницаемости, условия испытаний и характеристики готовой упаковки.
От чего защищает барьерная плёнка
У разных продуктов разные причины ухудшения качества. Поэтому универсального барьерного материала не существует.
| Фактор |
Как влияет на продукт |
Какое свойство плёнки важно |
| Кислород |
Окисление жиров, изменение цвета, потеря аромата и витаминов |
Низкий показатель OTR |
| Водяной пар |
Высыхание продукта либо поглощение влаги сухим продуктом |
Низкий показатель WVTR |
| Углекислый газ |
Изменение состава газовой среды внутри упаковки |
Подходящий показатель CO₂TR |
| Ароматические вещества |
Потеря собственного запаха или поглощение посторонних ароматов |
Барьер к ароматам и органическим соединениям |
| Свет |
Окисление, изменение цвета и разрушение светочувствительных компонентов |
Светозащитный слой, металлизация, фольга или печать |
| Жиры и масла |
Загрязнение поверхности упаковки и изменение её свойств |
Жиростойкость материала и печатного слоя |
Высокий кислородный барьер не гарантирует такую же защиту от водяного пара. Например, EVOH применяется как эффективный барьер к кислороду, но влагозащитную функцию в структуре обычно выполняют полиэтиленовые или полипропиленовые слои.
Что показывают OTR и WVTR
OTR — скорость прохождения кислорода
OTR, или Oxygen Transmission Rate, показывает количество кислорода, проходящего через единицу площади материала за установленное время. Чем ниже значение OTR, тем выше кислородный барьер.
Показатель обычно указывают в см³/(м²·24 ч), но числовое значение нельзя использовать без условий испытания. В документации должны быть указаны:
- температура;
- относительная влажность;
- перепад парциального давления;
- толщина и структура образца;
- метод испытания.
Сравнивать две плёнки корректно только при одинаковых единицах измерения и условиях испытаний.
WVTR — скорость прохождения водяного пара
WVTR, или Water Vapor Transmission Rate, показывает количество водяного пара, проходящего через квадратный метр материала за определённое время. Обычно результат выражают в г/(м²·24 ч).
Как и в случае с OTR, меньшее значение означает более высокий барьер. Но результат зависит от температуры, относительной влажности, толщины материала и используемого метода.
Почему нельзя писать просто «высокий барьер»
Формулировка «высокобарьерная плёнка» без цифр мало что говорит технологу. У одного поставщика так может называться стандартная структура PA/PE, а у другого — многослойный материал с EVOH, показатели которого отличаются в несколько раз.
При закупке желательно запрашивать не маркетинговое описание, а техническую спецификацию с OTR, WVTR и условиями измерения.
Как устроена многослойная барьерная плёнка
Один полимер редко одновременно обеспечивает прочность, прозрачность, газовый барьер, влагостойкость и надёжную сварку. Поэтому функции распределяют между несколькими слоями.
Упрощённая структура может выглядеть так:
наружный защитный слой / адгезионный слой / барьерный слой / адгезионный слой / внутренний свариваемый слой.
| Слой |
Основная функция |
| Наружный PET, PA или PP |
Прочность, жёсткость, прозрачность, печать и защита внутренней структуры |
| Адгезионный слой |
Соединение полимеров, которые плохо сцепляются непосредственно |
| EVOH, PA, PVDC или барьерное покрытие |
Снижение проникновения кислорода, газов и ароматических веществ |
| PE или PP |
Термосварка, контакт с продуктом и защита барьерного слоя от влаги |
Количество слоёв не определяет качество автоматически. Семислойный материал может быть экономичнее и функциональнее пятислойного, но может быть и наоборот. Результат зависит от толщины каждого слоя, марки сырья, технологии изготовления и стабильности производства.
Основные материалы барьерных плёнок
| Материал |
Основные свойства |
Ограничения |
| PE — полиэтилен |
Термосварка, гибкость, влагозащитные свойства |
Сам по себе имеет ограниченный кислородный барьер |
| PP — полипропилен |
Жёсткость, влагозащита, более высокая теплостойкость отдельных марок |
Кислородный барьер зависит от структуры и дополнительных слоёв |
| PA — полиамид |
Прочность, устойчивость к проколу, формуемость, газобарьерные свойства |
Характеристики зависят от влажности и марки полиамида |
| EVOH |
Высокий барьер к кислороду, газам и ароматам при небольшой толщине слоя |
Кислородный барьер снижается при повышенной влажности, поэтому слой защищают полиолефинами |
| PET |
Жёсткость, прозрачность, теплостойкость и удобство нанесения печати |
Не всегда обеспечивает необходимый барьер без покрытия или дополнительного слоя |
| PVDC |
Высокий барьер к кислороду и водяному пару |
Нужно учитывать технологию переработки и совместимость структуры с системой утилизации |
| Металлизированный слой |
Защита от света, газов и водяного пара |
Материал становится непрозрачным, а свойства зависят от целостности металлизации |
| Алюминиевая фольга |
Очень высокий барьер к газам, влаге и свету |
Непрозрачность, вероятность повреждения при многократных изгибах |
| SiOx или AlOx |
Прозрачное барьерное покрытие |
Нужно проверять сохранение барьера после формования и изгибов |
Почему EVOH находится внутри структуры
EVOH обеспечивает высокий кислородный барьер, но его свойства зависят от влажности. Поэтому в упаковочных структурах слой EVOH обычно размещают между полиэтиленом, полипропиленом или другими влагозащитными материалами.
Типовой пример:
PA / адгезив / EVOH / адгезив / PE.
В такой комбинации:
- PA обеспечивает механическую прочность и устойчивость к проколу;
- EVOH ограничивает проникновение кислорода и ароматических веществ;
- PE защищает структуру от влаги и формирует свариваемую поверхность;
- адгезионные слои соединяют химически несовместимые полимеры.
Толщину EVOH нельзя выбирать отдельно от всей структуры. Она зависит от требуемого срока хранения, влажности продукта, температуры, площади упаковки и допустимого поступления кислорода.
Распространённые структуры барьерной упаковки
| Структура |
Типичное применение |
Особенности |
| PA/PE |
Вакуумные пакеты, формуемая упаковка |
Прочность, проколостойкость и термосварка; уровень барьера нужно проверять по спецификации |
| OPA/PE |
Пакеты для продуктов со сложной формой и повышенными механическими нагрузками |
Ориентированный полиамид повышает прочность и устойчивость к проколу |
| PA/EVOH/PE |
Вакуум, МГС, термоформование |
Сочетание механической прочности, высокого кислородного барьера и сварки |
| PET/PE |
Покрывные плёнки и готовые пакеты |
Хороший внешний вид и жёсткость; уровень барьера зависит от марки PET и дополнительных слоёв |
| PET/EVOH/PE |
МГС и продукты, чувствительные к кислороду |
Прозрачность, печать, кислородный барьер и термосварка |
| PP/EVOH/PP |
Жёсткие и полужёсткие лотки, стаканы, отдельные термоформуемые решения |
Влагостойкость и высокий газовый барьер; температурный режим зависит от конкретной структуры |
| PETmet/PE |
Кофе, сухие продукты, специи и чувствительная к свету продукция |
Светозащита и повышенный барьер, но отсутствие прозрачности |
Обозначение структуры не заменяет технической спецификации. Два материала PA/EVOH/PE могут иметь разное количество слоёв, толщину EVOH, общую толщину, OTR, WVTR и диапазон сварки.
Где применяется барьерная плёнка
Вакуумная упаковка
Из упаковки удаляется воздух, после чего края герметично свариваются. Барьерная структура помогает ограничить повторное поступление кислорода. Для мяса с костями, рыбы и продуктов с твёрдыми включениями дополнительно важна проколостойкость.
Для таких задач применяются вакуумные пакеты PA/PE и пакеты повышенной прочности OPA/PE.
Упаковка в модифицированной газовой среде
В упаковку подаётся газовая смесь, состав которой подбирают под продукт. Барьерный материал должен сохранять требуемое соотношение газов и обеспечивать герметичность шва.
Для МГС важен не только кислородный барьер, но и проницаемость для углекислого газа. Для свежих фруктов, овощей и зелени максимальный барьер может оказаться неправильным решением: продолжающееся дыхание продукта требует специально рассчитанного газообмена.
В каталоге представлены пакеты для упаковки в МГС со слоем EVOH.
Термоформование
Нижняя плёнка нагревается и формуется в ячейку, после чего закрывается верхним полотном. При глубокой вытяжке толщина материала уменьшается, особенно в углах упаковки. Поэтому оценивать нужно не только барьер исходного полотна, но и свойства сформированной упаковки.
Запайка готовых лотков
Верхняя плёнка должна соответствовать материалу лотка, температуре сварки, типу открывания и используемой газовой среде. Даже высокобарьерное полотно не обеспечит сохранность продукта при загрязнённой зоне шва или неправильно настроенном трейсилере.
Skin-упаковка
Нагретая плёнка плотно облегает продукт и фиксирует его на подложке. Материал должен сочетать формуемость, прочность, оптические свойства и совместимость со специальным свариваемым слоем подложки.
Термоусадочная упаковка
Барьерные термоусадочные пакеты после нагрева облегают продукт. При подборе учитывают процент усадки, направление усадки, барьер, сварной шов и устойчивость к проколу. Подробнее об этом формате можно прочитать в статье «Вакуумные и термоусадочные пакеты».
Барьер плёнки и барьер готовой упаковки — не одно и то же
Лабораторные показатели обычно относятся к плоскому образцу материала. В реальной упаковке кислород или влага могут проникать через:
- сварные швы;
- микропроколы;
- складки и каналы в зоне запайки;
- истончённые участки после термоформования;
- крышку, лоток, клапан или другие элементы упаковки;
- повреждения, возникающие при транспортировке.
Чем меньше упаковка, тем сильнее на результат может влиять шов и отношение площади поверхности к объёму продукта. Поэтому свойства готового пакета или лотка нужно проверять отдельно.
Продлевает ли барьерная плёнка срок годности
Барьерная упаковка может замедлять процессы, ограничивающие срок хранения, но не определяет его самостоятельно. Срок годности зависит от:
- исходной микробиологической обсеменённости продукта;
- рецептуры, кислотности и активности воды;
- температуры фасовки и хранения;
- санитарного состояния производства;
- остаточного кислорода;
- газовой смеси;
- герметичности упаковки;
- непрерывности холодильной цепи;
- условий перевозки и выкладки.
Поэтому поставщик плёнки не может корректно назначить срок годности продукта только по структуре материала. Его подтверждает производитель продукции на основании испытаний и установленной процедуры валидации.
Как выбрать барьерную плёнку
- Определите продукт. Укажите состав, жирность, влажность, форму, наличие костей и острых краёв.
- Определите причину ухудшения качества. Кислород, потеря влаги, поглощение влаги, свет или потеря аромата.
- Установите требуемый срок хранения. Учитывайте температуру и реальный логистический маршрут.
- Выберите технологию упаковки. Вакуум, МГС, термоформование, запайка лотка, Skin или термоусадка.
- Запросите OTR и WVTR. Проверяйте единицы, температуру, влажность и метод испытания.
- Оцените механику. Прокол, растяжение, изгиб, падение, замораживание и транспортировку.
- Проверьте сварку. Материал лотка, диапазон температур, давление, время и загрязнение зоны шва.
- Уточните требования к внешнему виду. Прозрачность, блеск, печать, антифог и лёгкость открытия.
- Проверьте документы. Назначение, состав, условия применения и соответствие требованиям для контакта с продуктом.
- Проведите испытания. Сначала на упаковочной линии, затем в течение всего предполагаемого срока хранения.
Совместимость с упаковочным оборудованием
Даже правильно рассчитанный барьер не поможет, если материал нестабильно работает на линии. Перед закупкой необходимо сообщить поставщику:
- марку и модель упаковочной машины;
- ширину полотна и диаметр рулона;
- тип формования;
- глубину и геометрию ячейки;
- материал лотка или нижней плёнки;
- режим и ширину сварки;
- скорость линии;
- вид вакуума или состав газовой смеси;
- температурные режимы после упаковки.
Испытание желательно проводить на серийной скорости. Материал, который хорошо запаивается в лаборатории, может образовывать нестабильный шов на высокопроизводительной линии.
Как проверить барьерную упаковку
Программа проверки может включать:
- испытание OTR и WVTR при согласованных условиях;
- контроль общей толщины и структуры;
- проверку толщины после формования;
- измерение прочности сварного шва;
- испытание герметичности;
- контроль проколостойкости;
- проверку остаточного кислорода и состава газовой среды;
- транспортное испытание;
- исследование продукта в течение всего срока хранения.
Проверять следует не только первые образцы. Для промышленного производства важна повторяемость характеристик между рулонами и партиями.
Типичные ошибки
- Считать любую многослойную плёнку высокобарьерной. Количество слоёв не показывает OTR и WVTR.
- Выбирать материал только по толщине. Барьер зависит от состава и толщины функционального слоя.
- Сравнивать показатели при разных условиях. Температура и влажность могут существенно менять результат.
- Считать PA/PE и PA/EVOH/PE равнозначными. Введение EVOH обычно заметно меняет кислородный барьер.
- Оценивать только рулонную плёнку. Формование, швы и проколы влияют на готовую упаковку.
- Назначать срок годности по паспорту материала. Требуются испытания продукта.
- Не учитывать влажность. Она влияет на свойства EVOH и полиамида.
- Выбирать максимальный барьер для свежих овощей. Дышащему продукту может потребоваться контролируемая проницаемость.
- Игнорировать материал лотка. Несовместимые свариваемые слои не обеспечат герметичность.
- Проводить тест только на низкой скорости. Поведение материала может измениться на серийном режиме.
Современные тенденции
Развитие барьерной упаковки идёт в направлении уменьшения общей материалоёмкости и повышения пригодности к переработке. Основные тенденции:
- уменьшение толщины при сохранении функциональных характеристик;
- полиэтиленовые и полипропиленовые структуры с тонким слоем EVOH;
- ориентация MDO для повышения механических и оптических свойств;
- прозрачные покрытия SiOx и AlOx вместо непрозрачной фольги в отдельных задачах;
- барьерные покрытия для бумажной упаковки;
- контроль остаточного кислорода непосредственно на линии;
- цифровая регистрация параметров запайки и герметичности;
- расчёт барьера под конкретный продукт вместо принципа «чем выше, тем лучше».
Заявление о перерабатываемости также должно проверяться для всей структуры, а не только для основного полимера. Клеи, краски, барьерный слой, этикетка и система сбора отходов влияют на практический результат.
Частые вопросы
Барьерная плёнка всегда многослойная?
Нет. Она может быть соэкструзионной, ламинированной, покрытой барьерным составом или содержать металлическую фольгу. Главный критерий — подтверждённая способность ограничивать проникновение определённых веществ.
Чем PA/PE отличается от PA/EVOH/PE?
В структуре PA/EVOH/PE присутствует отдельный высокобарьерный слой EVOH. Но сравнивать материалы нужно по фактическим OTR и WVTR, а не только по названию структуры.
Какое значение OTR считается хорошим?
Универсального значения нет. Требуемый уровень зависит от продукта, площади упаковки, срока хранения, температуры и допустимого поступления кислорода.
Чем барьерная плёнка отличается от обычной пищевой?
Обычная пищевая плёнка может защищать поверхность и уменьшать потерю влаги, но не обязательно имеет низкий OTR или рассчитана на длительное сохранение газовой среды.
Можно ли использовать одну плёнку для вакуума и МГС?
Иногда возможно, но требования различаются. Для вакуума особенно важны проколостойкость и сохранение герметичности, а для МГС — удержание рассчитанного состава газов и совместимость с лотком.
Гарантирует ли EVOH длительный срок хранения?
Нет. EVOH повышает кислородный барьер, но срок хранения зависит от продукта, санитарии, температуры, герметичности и других факторов.
Антифог повышает барьер?
Нет. Антифог уменьшает образование видимых капель конденсата и улучшает обзор продукта, но не заменяет кислородный или влагозащитный слой.
Можно ли определить состав плёнки по внешнему виду?
Надёжно определить наличие и толщину EVOH или других внутренних слоёв визуально нельзя. Нужны техническая документация либо лабораторный анализ.
Подбор барьерной упаковки в Полифилм
Полифилм поставляет барьерные пакеты и помогает подобрать упаковочный материал под продукт, требуемый срок хранения и оборудование. При обращении желательно указать вид продукта, формат упаковки, температурный режим, модель машины, необходимый размер и текущие проблемы на линии.
Для консультации позвоните по телефону +375 (29) 177-11-88 или отправьте запрос через раздел «Контакты». Перед крупной закупкой рекомендуется провести испытание материала на вашем продукте и упаковочном оборудовании.
